鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組雙坡折帶的發(fā)現(xiàn)及其研究意義

王昌勇，張 懿，林世國，鄭榮才，魏亞瓊，王海紅，侯長冰，茍幸福

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；2.中國石油 勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中國石油 長慶油田分公司 超低滲透第四項目部，甘肅 西峰 745000)

鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組雙坡折帶的發(fā)現(xiàn)及其研究意義

王昌勇1，張 懿1，林世國2，鄭榮才1，魏亞瓊1，王海紅3，侯長冰3，茍幸福3

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059；2.中國石油 勘探開發(fā)研究院 廊坊分院，河北 廊坊 065007；3.中國石油 長慶油田分公司 超低滲透第四項目部，甘肅 西峰 745000)

通過巖心觀察和測井巖性解釋，對鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組巖石組合特征、沉積構(gòu)造、沉積相及層序地層特征進行了詳細研究，確定鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組主要發(fā)育一套具雙坡折帶的淺水辮狀河三角洲沉積，湖岸線在坡折帶之上數(shù)十千米范圍內(nèi)頻繁遷移。坡折帶主要根據(jù)測井資料和沉積構(gòu)造特征進行識別。鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組坡折帶主要受基底斷裂控制，其成因與盆地西、南緣強烈的火山噴發(fā)和構(gòu)造活動有關(guān)。長81沉積期研究區(qū)可劃分為第一坡折帶之上的臺型平原(前緣)、雙坡折帶之間的中部斜坡和第二坡折帶之下的下部斜坡3個地貌單元，這一古地貌特征控制了湖侵期和湖退期砂體在不同相帶的分配模式?？拷镌匆粋?cè)的臺型平原(前緣)，湖侵期砂體較為發(fā)育，而在湖退期則以泥、粉砂巖為主；離物源較遠的中部斜坡相帶，湖侵期砂體較薄，而湖退期發(fā)育較厚并且優(yōu)先堆積于第一坡折帶附近；遠離物源的下部斜坡相帶，任何時期內(nèi)砂體都很少發(fā)育；枯水期，湖岸線遷移至第一坡折帶附近，坡折帶附近的砂體，可能因波浪和沿岸流的搬運和改造而具有“沿岸砂壩”的特征。

淺水三角洲；坡折帶；湖岸線；長8油層組；鎮(zhèn)原地區(qū)；鄂爾多斯盆地

坡折帶主要指地形坡度出現(xiàn)明顯變化的位置[1]。已有研究證明，斷陷湖盆和坳陷湖盆均有不同級次的坡折帶發(fā)育，坡折帶對地層分布、沉積體系及油氣藏的分布有明顯控制[2-6]。晚三疊世延長期鄂爾多斯盆地為內(nèi)克拉通盆地[7]，發(fā)育典型的內(nèi)坳陷型湖盆[8]。前人主要通過地震剖面解釋和測井資料分析，結(jié)合巖心及露頭資料，在鄂爾多斯盆地西南緣及東北緣的長7—長4+5油層組中識別出多個坡折帶[8-11]。

鎮(zhèn)原地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部(圖1)，近期的油氣勘探在該區(qū)長8油層組致密砂巖儲層發(fā)現(xiàn)很好的油氣顯示，在多個實驗區(qū)塊獲得較好的產(chǎn)能，但大量的勘探井和開發(fā)井資料表明長8油層組砂體時空分布較為復(fù)雜[12]。物源分析結(jié)果顯示：研究區(qū)長8沉積期主要受西部及西南部物源控制[13]，砂體主要呈南西-北東向展布，但在研究區(qū)中部沿吳城子-太白梁一帶，砂體沿北西-南東向依然能長距離追蹤對比，在平面上具有環(huán)帶狀展布的特征(圖2)。因此，砂體分布規(guī)律仍存在爭議而成為下一步勘探開發(fā)部署的瓶頸。

圖1 鄂爾多斯盆地長8油層組巖相古地理格局及鎮(zhèn)原地區(qū)位置Fig.1 Lithofacies and paleogeography of Chang 8 reservoir and location of Zhenyuan area,Ordos Basin

1 沉積相特征

鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)晚三疊世延長組長8油層組沉積時期主要發(fā)育一套中-厚層的灰色細-中砂巖、深灰色泥巖和粉砂巖，局部夾灰黑色炭質(zhì)泥巖和煤線(圖3)，其上部地層中可夾一薄層凝灰?guī)r。揭露長8油層組的鉆井取心段砂巖具有明顯正粒序，細-中砂巖中發(fā)育大量平行層理(圖4a)、小-大型槽狀交錯層理、楔狀交錯層理及板狀交錯層理(圖4b—e)，粉砂巖中發(fā)育浪成交錯層理及沙紋層理(圖4f)，局部區(qū)域液化變形構(gòu)造及泄水構(gòu)造較為發(fā)育(圖4g—i)，總體反映牽引流沉積特征，大部分鉆井剖面長8油層組的“砂/泥”比值≥1，為典型辮狀河三角洲沉積體系，僅位于研究區(qū)東北部的鉆井巖心中可見砂質(zhì)碎屑流沉積(圖4j)。由長8油層組巖心中反映水上沉積環(huán)境的煤層及植物根跡化石與反映水下沉積環(huán)境的浪成交錯層理、沙紋層理等頻繁交替出現(xiàn)，說明長8沉積期湖平面升降頻繁，不存在穩(wěn)定的湖岸線而具有淺水三角洲沉積特點[14]。

在湖岸線頻繁遷移的三角洲沉積體系中，浪成交錯層理及沙紋層理等靠近物源方向的最近距離可以表征洪水期最高湖岸線位置，煤層及植物根跡靠近湖盆的最遠距離則表征枯水期最低湖岸線位置[15]。據(jù)此，可以確定長8沉積期湖岸線波動范圍超過30 km，洪水期最高湖岸線位置位于研究區(qū)之外的西南部，而枯水期最低湖岸線位置則位于研究區(qū)合道—吳城子鄉(xiāng)—鎮(zhèn)252井—鎮(zhèn)356井一線附近，該線西南方向為三角洲平原與三角洲前緣交替發(fā)育區(qū)，東北方向則為穩(wěn)定的三角洲前緣及前三角洲發(fā)育區(qū)(圖5)。

圖2 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂巖等厚圖Fig.2 Isopach of Chang 81 sandstone in Zhenyuan area,Ordos Basin

2 基準(zhǔn)面旋回特征

長8油層組頂部為一套厚度較大的凝灰?guī)r，在鄂爾多斯盆地大部分區(qū)域均穩(wěn)定發(fā)育，是可靠的等時對比標(biāo)志層。以此凝灰?guī)r為標(biāo)志，根據(jù)測井資料解釋的巖性組合所反映的基準(zhǔn)面旋回特征，將鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組劃分為兩個較為完整的湖侵-湖退旋回(分別對應(yīng)于長81和長82砂層組)，以及6個次級的湖侵-湖退旋回(分別對應(yīng)于長81(1)、長81(2)、長81(3)、長82(1)、長82(2)、長82(3)6個小層)(圖3)。

在等時地層格架中，可發(fā)現(xiàn)研究區(qū)東北部長81砂層湖侵期和湖退期地層及砂體結(jié)構(gòu)具有明顯的不對稱性：湖侵期，砂體厚度薄、泥巖隔層多；湖退期，砂體連續(xù)厚度大，隔層少；湖侵期地層厚度明顯小于湖退期，具有基準(zhǔn)面上升期物源供給不足的特點(圖6)。據(jù)以往研究，正常三角洲沉積在湖侵期砂體厚度大、隔層少，而湖退期砂體厚度薄、隔層增多[16]。研究區(qū)長81砂層組內(nèi)部地層及砂體結(jié)構(gòu)的這一特征與正常三角洲沉積明顯不同，顯然是受到特殊的古地貌環(huán)境、即坡折帶的控制。

3 坡折帶識別及其主控因素

前人研究認為，鄂爾多斯盆地延長組坡折帶附近地層具有異常增厚特征[8]，地震剖面上具有明顯的上超和削截等標(biāo)志[11]，同時沉積物重力流的大量出現(xiàn)可作為存在坡折帶的識別標(biāo)志[1]。

鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組主要為一套牽引流沉積，從巖石特征及沉積構(gòu)造類型很難對坡折帶進行識別，但研究區(qū)長81砂層組坡折帶砂體測井曲線具有以下2個典型特征：①砂體GR曲線多呈箱形特征，其底部一般較為平直，反映巖性突變，具大型沖刷或侵蝕面的特征；②砂體在基準(zhǔn)面下降半旋回最為發(fā)育，砂體連續(xù)疊置，厚度較大，內(nèi)部隔層薄而少，具有向湖方向進積的特征。根據(jù)以上識別標(biāo)志，確定研究區(qū)吳城子鄉(xiāng)—太平—桐川一帶為長8油層組坡折帶砂巖發(fā)育區(qū)，同時研究區(qū)可能存在雙坡折帶：①其中鎮(zhèn)135井—鎮(zhèn)348井—鎮(zhèn)251井—鎮(zhèn)252井—鎮(zhèn)47井—鎮(zhèn)356井一帶為第一坡折帶，相對較寬；②鎮(zhèn)278井—鎮(zhèn)221井—鎮(zhèn)218井—鎮(zhèn)359井—鎮(zhèn)288井一帶為第二坡折帶，相對較窄；③第一坡折帶位置恰好與枯水期湖岸線位置重合(圖7a)，從側(cè)面印證了坡折帶的存在；④第一坡折帶地形較陡，湖岸線下降至該位置后在平面上不再發(fā)生大的擺動而穩(wěn)定在坡折帶附近。

已有研究表明坡折帶的成因是復(fù)雜的，既可能與構(gòu)造斷裂和沉降撓曲作用相關(guān)[17-18]，也可由差異沉積作用形成，還可能是侵蝕作用的產(chǎn)物[5]。鎮(zhèn)原地區(qū)長8油層組與下伏長9油層組為連續(xù)沉積，因此長81砂層組的坡折帶不可能由侵蝕作用形成。研究區(qū)內(nèi)長82砂層組繼承了長9沉積晚期較陡的湖盆底形特征[19]，湖泊水體相對較深[20]，并無坡折帶發(fā)育特征，故長81砂層組坡折帶并無繼承性，同時，巖相古地理恢復(fù)結(jié)果表明該坡折帶始終處于穩(wěn)定沉積的三角洲平原及前緣相帶[12]，因此該坡折帶也不可能由差異沉積作用形成。已有研究成果表明，鄂爾多斯盆地發(fā)育近東西向、近南北向、北東向和北西向四組基底斷裂[21]，鎮(zhèn)原地區(qū)在晚三疊世延長期屬于深部作用活躍區(qū)。地震剖面解釋成果表明：鎮(zhèn)原-慶陽一帶在延長組中-下部地層發(fā)育多條與基底斷裂相關(guān)的、產(chǎn)狀近于直立的同沉積正斷層，說明基底斷裂在印支期具有活動性[22]。鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組坡折帶恰好與F66及F75基底斷裂位置重合(圖7b)，說明該坡折帶與基底斷裂活動存在密切聯(lián)系。近期研究成果表明，鎮(zhèn)原地區(qū)長8沉積期物源主要來自火山弧物源區(qū)，具有碰撞縫合線及褶皺-逆掩帶物源性質(zhì)[23]，而錄井和巖心資料顯示，鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組內(nèi)部發(fā)育一層凝灰?guī)r，其沉積時間稍早于坡折帶砂體。該套凝灰?guī)r主要分布在研究區(qū)西部和南部，具有自西向東、自南向北逐漸減薄的特征，說明長81沉積期鄂爾多斯盆地西緣及南緣發(fā)生了強烈的火山噴發(fā)和構(gòu)造活動，導(dǎo)致盆地內(nèi)基底斷裂活動，控制了該區(qū)雙坡折帶的發(fā)育。

圖3 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)218井長8油層組綜合柱狀圖Fig.3 Stratigraphic column of Chang 8 reservoir in Well Zhen-218,Ordos Basin

4 雙坡折帶沉積模式和控砂機理

古岸線恢復(fù)結(jié)果表明，鎮(zhèn)原地區(qū)長81沉積期湖岸線在研究區(qū)西南部擺動范圍可達幾十至近百千米，說明該地區(qū)地形非常平緩，湖平面窄幅的升降就可能導(dǎo)致湖岸線大范圍的退進，而在研究區(qū)東北部，即便在枯水期，湖岸線也只能遷移至合道—吳城子鄉(xiāng)—鎮(zhèn)356井附近(圖5)，說明地形坡度變陡，這一特殊的古地貌背景決定了長81沉積期特殊的沉積模式和控砂機理。

圖5 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長81湖岸線位置推測Fig.5 Speculative lacustrine paleo-shoreline position of Chang 81 reservoir in Zhenyuan area,Ordos Basin

4.1 雙坡折帶沉積模式

借鑒“臺型”和“坡型”三角洲前緣的概念[8]和雙坡折帶控砂機理，建立了鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組雙坡折帶淺水辮狀河三角洲沉積和控砂模式(圖8)。該模式具有如下幾個特點：

1) 具有雙坡折帶特征，包括臺型平原(前緣)、中部斜坡和下部斜坡3個地貌單元和巖相分區(qū)；

2) 臺型平原(前緣)位于第一坡折帶與最高湖岸線之間，地形平緩，枯水期湖岸線最低可遷移至第一坡折帶附近；

3) 第一和第二折帶之間為中部斜坡，第二坡折帶之下為下部斜坡，中部斜坡和下部斜坡具有較大的地形坡度，以發(fā)育斜坡型前緣為特征。

4.2 雙坡折帶控砂機理

鎮(zhèn)原地區(qū)長81沉積時期具雙坡折帶的古地貌特征對砂體的發(fā)育具有明顯控制作用，湖侵期和湖退期砂體的分布規(guī)律和發(fā)育規(guī)模存在很大差異(圖8—圖10)：

圖6 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)鎮(zhèn)135井—鎮(zhèn)288井長81砂層組地層對比(剖面位置見圖2)Fig.6 Stratigraphic correlation profile from Well Zheng-135 to Well Zheng-288 in Chang 81 reservoir,Zhenyuan area,Ordos Basin(see Fig.2 for the location)

圖8 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組淺水辮狀河三角洲沉積模式Fig.8 Sedimentary model of shallow braid delta in Chang 81 reservoir in Zhenyuan area,Ordos Basin

1) 湖侵期，坡折帶之上的臺型平原(或前緣)相帶具有足夠的可容納空間，大量沉積物在近物源一側(cè)就近堆積，向湖盆中心一側(cè)由于物源供給逐漸減弱，地層和砂體厚度也隨之減薄。

圖9 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)鎮(zhèn)153井—鎮(zhèn)52井長81砂層組地層對比(剖面位置見圖2)Fig.9 Stratigraphic correlation profile from Well Zheng 153 to Well Zheng 52 in Chang 81 reservoir,Zhenyuan area,Ordos Basin(see Fig.2 for the location)

圖10 鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)原地區(qū)長81砂層組層序地層格架中砂體分布模式Fig.10 Distribution model of sand bodies in Chang 81 sequence stratigraphy framework,Ordos Basin

2) 湖退期，臺型平原(前緣)由于可容納空間遠小于斜坡型前緣相帶，在湖退期很容易暴露侵蝕而形成一系列下切河谷，由于臺型平原(或前緣)可容納空間不足，大量沉積物通過下切河谷被搬運至遠離物源區(qū)的斜坡型前緣相帶，此時靠近物源一側(cè)的臺型平原(前緣)地層和砂體都較薄。

3) 第一坡折帶之下的斜坡型前緣相帶，由于地形坡度的突然加大導(dǎo)致可容納空間急劇增加，砂質(zhì)沉積物優(yōu)先在第一坡折帶附近的中部斜坡區(qū)域卸載堆積，形成了厚度較大的連續(xù)砂體，部分砂質(zhì)沉積物以重力流的形式搬運到第二坡折帶附近形成較厚的砂體，因此第二坡折帶沉積物中液化變形構(gòu)造、泄水構(gòu)造及砂質(zhì)碎屑流沉積明顯增多(圖4g—j)。

4) 第二坡折帶以下的下部斜坡區(qū)域，不論在湖平面上升時期還是湖平面下降時期，均缺乏大量中碎屑物質(zhì)的輸入，因此單砂體厚度一般較小(圖8)，主要以細粒的泥、粉砂巖沉積為主。

5) 枯水期，湖岸線遷移至第一坡折帶附近，近岸湖浪對坡折帶附近水下分流河道砂體的改造可能會導(dǎo)致砂質(zhì)沿岸的再分配，使得砂體在平面上呈“沿岸砂壩”狀展布的特征，具備“岸線控制席狀薄層砂，而河道控制帶狀厚層砂”的控砂機理。

5 結(jié)論

1) 長81沉積期，鎮(zhèn)原地區(qū)吳城子鄉(xiāng)—太平—桐川一帶存在兩個明顯的坡折帶。第一坡折帶以西及以南區(qū)域地形平緩，主要發(fā)育一套淺水辮狀河三角洲沉積，第一坡折帶以東、以北區(qū)域地形變陡，主要發(fā)育正常三角洲和重力流沉積。

2) 鎮(zhèn)原地區(qū)長81沉積期坡折帶主要受基底斷裂活動控制，第一坡折帶決定了枯水期最低湖岸線位置。

3) 湖平面升降和坡折帶位置控制了砂體的時空分布。洪水期砂體主要發(fā)育在第一坡折帶上部，而枯水期砂體主要發(fā)育在雙坡折帶之間的中部斜坡帶，下部斜坡帶在任何時候都不利于砂體發(fā)育。

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(編輯 張玉銀)

Discovery of double slope breaks and its significance in Chang 81sand group in Zhenyuan area,Ordos Basin

Wang Changyong1，Zhang Yi1，Lin Shiguo2，Zheng Rongcai1，Wei Yaqiong1，Wang Haihong3，Hou Changbing3，Gou Xingfu3

(1.StateKeyLaboratoryforOilandGasReservoirGeologyandexploitation,ChengduUniversityofTechnology，Chengdu,Sichuan610059，China；2.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,PetroChina,Langfang,Hebei065007,China；3.TheFourthSectionofUltra-lowPermeabilityReservoirs，ChangqingOilfieldCompany，PetroChina,Xifeng,Gansu745000，China)

Through the detailed core observation and lithologic interpretation of logging data,rock association characteristics,sedimentary architectures,sedimentary facies and sequence stratigraphy of Chang 8 reservoir in Zhenyuan area were studied.The results show that a shallow braided-river delta sediments with two slope breaks was developed during the deposition Chang 81,and the paleo-shoreline moved frequently within tens of kilometers above the slope breaks.These slope breaks were mainly identified by logging and sedimentary architecture features.Slope breaks of Chang 81sand group in Zhenyuan area were mainly controlled by basement faults affected by violent volcanic and tectonic activity in the southern and western Ordos Basin.During deposition of Chang 81,the study area can be divided into three geomorphology units,including platform-like plain (front) above the upper slope break,central-slope between the two slope breaks and lower-slope below the lower slope break.The distribution of sand body in transgression and regression stages was controlled by the ancient geomorphological features.The platform-like plain which was close to the provenance

more sandstone during transgression stage,and mudstone and siltstone deposited during regression stage.The central-slope that was farther from the provenance developed thicker sand bodies during lake transgression stage,while sands preferentially accumulated around the first slope during the lake regression stage.The lower-slope that was far away from the provenance developed small amount of sand bodies in anytime.The shoreline moved to the first slope in low water stand,and sand bodies around the slope break may feature “coastal sand bar” because of the transportation and transformation of waves and coastal current.

shallow-water delta,slope break,lake shoreline,Chang 8 reservoir,Zhenyuan area,Ordos Basin

2015-11-04;

2017-06-02。

王昌勇(1981—)，男,博士、副教授，沉積學(xué)及石油地質(zhì)。E-mail:wangchangyong09@cdut.cn。

國家科技重大專項(2016ZX05007)。

0253-9985(2017)03-0457-10

10.11743/ogg20170305

TE121.3

A